7 fakta du kanske inte känner till om fjädrar och var de används

Fjädrar är inte bara metallbitar. De är resultatet av fysik, ingenjörskonst och uppfinningsrikedom och har stått sig genom tiderna sedan den första fjädern uppfanns av R. Tradewell år 1763. Sedan dess har fjädrar använts inom en mängd olika branscher tack vare sin anpassningsbara funktion. De har bidragit till tekniska framsteg som tidigare kunde verka omöjliga.

Fjädrar var en viktig del av Apollo 11

Fakta 1

Under konstruktionen av Apollo 11 genomfördes olika tester för att utvärdera de fjädrar som användes för att fälla ut landningsstället. Testerna utfördes i olika miljöer, bland annat i salt, dimma, omgivande vakuum och termiskt vakuum. De flesta genomfördes dock under normala omgivningsförhållanden för att efterlikna miljön på månen. Beräkningarna av fjäderenergin fastställdes genom praktiska tester.

Under testerna var det nödvändigt att genomföra prov i tyngdlöst tillstånd för att verifiera den energi som krävdes och utvärdera de tekniska lösningarna inför uppdraget. Vid de tidiga testerna av Apollo 11 upptäckte man att funktion, timing och belastning påverkade tiden det tog att fälla ut landningsstället.

Det har dokumenterats att NASA testade utfällningen av landningsstället upp till 250 gånger inför Apollo 11-uppdraget.

Under certifieringen inträffade två fel vid utfällningen. Orsakerna var felaktigt smörjmedel i termiska vakuumtester, störningar från isoleringen och för låg fjäderenergi i landningsstället för Apollo 9. Åtgärderna omfattade en omkonstruktion av isoleringen, ökad fjäderenergi och strängare testkriterier. Komponenttesterna fokuserade på bladfjädrar och gav en bättre förståelse för deras beteende och prestanda.

Även om flera andra fjädrar användes i raketens konstruktion, bland annat i mekanismer för dörrar, knappar och andra funktioner, var landningsställets funktion den mest kritiska komponenten. Bland alla dessa användningsområden för fjädrar var det landningsställets tillförlitlighet som hade störst betydelse.

Foto av Brian McGowan

Burj Khalifa använder fjädrar i sin arkitektur

Fakta 2

Många känner inte till att världens högsta byggnad Burj Khalifa, har enorma fjädrar i sin kärna. Den ikoniska skyskrapan i Dubai använder några av de mest avancerade ingenjörslösningarna, bland annat ett avstämt massdämpningssystem som bidrar till stabilitet och säkerhet vid kraftiga vindar och seismisk aktivitet, till exempel jordbävningar.

Burj Khalifa är 828 meter hög, eller 830 meter till den yttersta spetsen. Byggnadens bärande konstruktion behövde därför utformas för att klara rörelser och vibrationer. För att hantera detta införde utvecklarna av Burj Khalifa ett innovativt system med ett enormt betongblock som väger cirka 660 ton och är strategiskt upphängt från byggnadens 160:e våning. Blocket fungerar som en massdämpare och motverkar att byggnaden svajar.

Vi vet inte exakt hur många fjädrar som användes vid byggandet av Burj Khalifa. Däremot vet vi att byggnaden krävde mer än 22 miljoner arbetstimmar och innehåller 39 000 ton armeringsstål.

Foto av ZQ Lee

Fjädrar används i dammar världen över

Fakta 3

Dammar uppfanns först av bävrar, men när människan tog efter deras idéer utvecklade vi stora och komplexa konstruktioner med flera olika funktioner. Tidiga dammar byggdes av material som sten och lera, medan moderna dammar vanligtvis uppförs i betong.

Dammars främsta funktion är att reglera vattenflöden, men också att ta tillvara kraften i strömmande vatten och anpassa den för mänsklig användning. Före industrialiseringen var skovelhjul som drevs av mindre dammar en vanlig metod för vattenhantering. Under den industriella revolutionen utvecklades detta till de enorma turbiner som används i stora kraftverksdammar.

Under 1900-talet ökade byggandet av stora dammar kraftigt för att möta den växande efterfrågan på el. Hooverdammen, som stod färdig 1936, är ett tydligt exempel på avancerad ingenjörskonst. Den skapade den stora reservoaren Lake Mead  i USA, som både reglerar vattenflöden och bidrar till dricksvattenförsörjningen.

Fjädrar används i många olika system i storskaliga dammar, bland annat i luckmekanismer, överfalls- och avancerade utskovssystem, expansionsfogar, dämpningssystem, tryckavlastningsventiler och seismisk isolering. 

Foto av Jakob Køhn

Moderna telefoner innehåller fjädrar

Fakta 4

Om du har en iPhone, en Android-telefon eller en fast telefon finns det sannolikt en fjädermekanism inuti. Redan under slutet av 1800-talet, när de första telefonerna med fingerskiva började användas, fördes nummerskivan tillbaka till sitt ursprungliga läge med hjälp av en fjäder.

Det första patentet för en telefon med fingerskiva beviljades Almon Brown Strowger år 1892. Konstruktionen med hål i nummerskivan introducerades år 1904.

I moderna telefoner används fjädrar på många olika sätt, från miniatyrmotorer med små integrerade fjädrar som får mobilen att vibrera vid aviseringar eller inkommande samtal till tryckknappar som lås- och volymknappar. 

Foto av Nathana Rebouças

Medicinska pacemakrar

Fakta 5

Pacemakrar är inte lika vanliga som telefoner, men de är livsviktig medicinteknisk utrustning för personer med oregelbunden hjärtrytm. De hjälper till att stabilisera och reglera hjärtats rytm genom att skicka små elektriska impulser till hjärtat.

Enligt British Heart Foundation har fler än en halv miljon pacemakrar opererats in i Storbritannien. Det uppskattas också att ytterligare omkring 50 000 personer varje år får en pacemaker genom NHS.

Fjädrar i pacemakrar används för att säkra batterier, skapa tillförlitliga elektriska anslutningar, bibehålla kontakt med elektroder, möjliggöra magnetbrytare, stödja avkänningsmekanismer, underlätta finjusteringar och säkerställa korrekt montering i kapslingen.

Vill du veta mer om hur fjädrar används i medicintekniska produkter?

Läs ‘Medical Device Springs: The Hidden Precision Behind Critical Tech’.

Foto av Wikipedia

Shinkansen, Japans höghastighetståg

Fakta 6

Japans stora huvudöar Honshu, Kyushu och Hokkaido trafikeras av ett nätverk av höghastighetslinjer som förbinder Tokyo med de flesta större städer. Ett av de främsta och snabbaste sätten att resa är med Shinkansen, som kan nå hastigheter på upp till 320 km/h.

Tokaido Shinkansen, en av de nio Shinkansen-linjerna, förbinder Tokyo med Osaka och sträcker sig söderut från huvudstaden.

Sedan de introducerades 1964 har dessa linjer genomgått många förbättringar och förändringar. Fjädrar har bidragit till stegvisa framsteg inom hastighet och säkerhet, men också till bättre passagerarkomfort, effektivare nödbromsning och förbättrad vibrationsdämpning.

Genom att använda fjädrar i dessa olika delar av tågets konstruktion kan Shinkansen-operatörerna skapa en effektiv balans mellan hastighet, säkerhet och passagerarkomfort. Fjädrarna spelar en viktig roll genom att absorbera stötar, bibehålla stabiliteten och möjliggöra mjuka rörelser. Det bidrar till att höghastighetstågen kan köras effektivt och tillförlitligt. De hjälper också till att minska bullret från järnvägstrafiken.

Foto av Fikri Rasyid

Bröderna Wrights första flygning

Fakta 7

Bröderna Wrights banbrytande bedrift, den första motordrivna flygningen år 1903, är en historisk milstolpe. Flygplanets konstruktion byggde på innovativ ingenjörskonst och nytänkande, där fjädrar användes för att möjliggöra en säker och kontrollerad flygning.

Bröderna Wrights användning av fjädrar speglade deras djupa förståelse för ingenjörsprinciper och deras mål att uppnå en kontrollerad flygning. Dessa till synes enkla komponenter spelade en avgörande roll i samspelet mellan lyftkraft, balans och styrning som gjorde det möjligt för deras flygplan att lyfta.

På samma sätt som fjädrar bidrar till balansen mellan hastighet, säkerhet och komfort i Shinkansen-tågen var de en viktig del av bröderna Wrights arbete med att erövra luften och forma flygets historia.

Foto av History in HD

Fjädrar och historia: slutsats

Som vi har sett har fjädrar spelat en avgörande roll i människans historia sedan 1763 och fortsätter att vara viktiga än i dag. Deras unika förmåga att lagra, överföra och frigöra energi har ännu inte kunnat ersättas fullt ut av någon annan mekanism.

I dag finns många olika typer av fjädrar, bland annat spiralfjädrar, tryckfjädrar, dragfjädrar och vridfjädrar. De tillverkas i storlekar från mikroskopiska dimensioner till över 1,8 meter.